層状半導体への“キラリティ”の電気化学的書き込みに成功 −キラリティを介したスピン偏極の可逆スイッチングを実証−

2026-06-02 東京科学大学

東京科学大学の黄柏融助教、谷口耕治教授らの研究チームは、層状半導体である二硫化モリブデン(MoS₂)の層間にキラル分子イオンを電気化学的に可逆挿入・脱離させることで、半導体のキラリティを電気的にON/OFF制御することに世界で初めて成功した。従来、キラリティは材料合成時に固定されるため後から切り替えることが困難だった。本研究では小型のキラル分子(R-またはS-Mepy⁺)を利用し、結晶構造を損なうことなくMoS₂層間へ均一に導入できることを確認した。さらに、キラル分子を挿入した状態では「キラリティ誘起スピン選択性(CISS)」が発現し、電子スピンの向きに応じて電流の流れやすさが変化することを実証した。分子を脱離させるとこの効果は消失し、スピン偏極電流の発生も可逆的に切り替えられた。これにより、本来は非キラルな半導体内部にキラルな電子状態を形成し、それを電気化学的に制御できることが示された。本成果は、磁石を用いずに電子スピンを制御する新しいスピントロニクスやイオントロニクス材料の開発につながると期待される。

層状半導体への“キラリティ”の電気化学的書き込みに成功 −キラリティを介したスピン偏極の可逆スイッチングを実証−
図1. 層状半導体MoS2の層間へキラル分子(キラルMepy+)を可逆的に挿入および脱離(インターカレーションおよびデインターカレーション)

<関連情報>

層状ファンデルワールス材料におけるエナンチオピュア分子カチオンの電気化学的インターカレーション制御によるキラリティの可逆的オンオフスイッチング Reversible On–Off Switching of Chirality via Electrochemical Intercalation Control of Enantiopure Molecular Cations in a Layered van der Waals Material

Po-Jung Huang,Hiroaki Kusunoki,Daisuke Nishio-Hamane,and Kouji Taniguchi
ACS Nano  Published: May 17, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/acsnano.6c04758

Abstract

Manipulating chirality in materials facilitates the precise control of fascinating chirality-induced functionalities, such as chirality-induced spin selectivity (CISS) and electrical magnetochiral effect (eMChE). Recently, the intercalation of chiral molecules into layered van der Waals (vdW) materials has emerged as an effective technique for introducing chirality into materials. In particular, electrochemical methods offer a promising route for artificial chirality control, as they enable reversible ion intercalation and deintercalation via electrical manipulation. Herein, we achieve reversible on–off switching between chiral and achiral states in layered MoS2 through the intercalation and deintercalation of a small-sized chiral cation, the (R)/(S)-methylpyrrolidinium ion, which is smaller than the MoS2 vdW gap. CISS and eMChE, the chirality-dependent electron transport phenomena, are used as indicators of chirality in this study. Importantly, we observe the appearance and disappearance of CISS signals in chiral molecule-intercalated and deintercalated MoS2, respectively. These results demonstrate that combining small chiral molecular ions with layered vdW materials enables the reversible electrical control of emergent chirality-induced functionalities.

0403電子応用
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